高中物理 第10章 热力学定律 第1节 功和内能课后练习(含解析)新人教版选修3-3

功和内能

基础夯实

一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)

1．下列哪个实例说明做功改变了系统的内能( B )

A．热水袋取暖B．用双手摩擦给手取暖

C．把手放在火炉旁取暖D．用嘴对手呵气给手取暖

解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确。

2．如图是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体( A )

A．内能增大B．体积增大

C．压强不变D．温度不变

解析：向下压a的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，选项A正确；向下压a 的过程中，瓶内气体体积减小，压强增大，温度升高，选项B、C、D错误。

3．下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( D )

A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量

B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替

C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水

D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同

解析：焦耳是英国物理家，A错误；焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错误；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，D正确。

4.(2018·湖南师大附中高二下学期期中)如图所示，在固定的真空容器A内部固定着一个绝热气缸B，用质量为m的绝热活塞P将一部分理想气体封闭在气缸内。撤去阀门 K，不计摩擦阻力，活塞将向右运动，该过程( BD )

A．气体膨胀时对外不做功

B．气体膨胀时对外做功

C．气体膨胀时是否对外做功无法确定

D．活塞做加速运动，缸内气体温度降低

解析：虽然A内为真空，但气体膨胀时会推动活塞使其向右做加速运动，即气体对外做了功，所以选项AC错误，选项B正确；缸内理想气体对外做功，内能减小，温度降低，选项D正确。

5．早些年农村的小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是( AC )

A．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高

B．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功

C．马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能

D．马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功

解析：在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体经历绝热压缩的过程，外界对气体做功，内能增加，故笔芯内密封的气体的温度升高，故A正确；在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体被压缩，是外界对气体做功，故B错误；封闭气体经历绝热膨胀过程，推出马铃薯，故马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能，这里的气体类似弹簧，故C正确，D错误。

二、非选择题

6．冬季，由于温度太低，很难启动摩托车(在农村启动195型拖拉机也会遇到类似情况)。这时驾驶者往往先关闭油门，连续踏下启动摇杆若干次，然后再打开油门，踏下启动摇杆即可启动，运用的原理是什么？

答案：连续踏下启动摇杆，活塞不断压缩气缸里的气体做功，增加气体的内能，使气体的温度升高，当达到汽油的燃点后，即可启动。

7.如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105

Pa，g取10 m/s2)

答案：1 030 J

解析：由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU ＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1 J＋1.01×105×0.1×0.1 J＝1 030 J。

能力提升

一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)

1.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体( A )

A．对外做正功，分子的平均动能减小

B．对外做正功，内能增大

C．对外做负功，分子的平均动能增大

D．对外做负功，内能减小

解析：绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，A选项正确。

2.如图所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( D )

A．E甲不变，E乙减小B．E甲不变，E乙增大

C．E甲增大，E乙不变D．E甲增大，E乙减小

解析：本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都历经绝热过程，内能改变取决于做功

的情况。对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小。

3.如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，气缸、活塞是绝热的且不漏气。开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是( B )

A．ΔE＝mgh B．ΔE>mgh

C．ΔE

解析：气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W E＝mgh＋W乙。

乙，且为正功，Δ

4．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是( B )

A．筒外空气流向筒内

B．筒内空气流向筒外

C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变

D．筒内外无空气交换

解析：因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。

5．如图所示，带有活塞的气缸中封闭着一定质量的理想气体(不考虑气体分子势能)，气缸和活塞均具有良好的绝热性能。将一个热敏电阻置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂一沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止。现将沙桶底部钻一小洞，细沙缓缓漏出。则下列说法正确的是( ACD )

A．外界对气体做功，气体的内能增大